JPS62401B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は家庭用の給湯器や暖房機等に用いられ
る高負荷の燃焼装置に関するものである。

従来この種の燃焼装置として第５図に示す如く
左右対称形の熱伝導良導体による成型体１で炎口
部９及び燃焼室３などを一体に成型して小形化を
図つたものがある。

この燃焼装置は一次空気量を理論空気量以上に
設定した全一次燃焼方式の温風暖房機等に用いら
れるもので、左右一対の成型体１は、炎口部９、
燃焼室３及び内部フイン５１と外部フイン５２と
が一体に構成されている。この成型体１の両側面
には混合気の吸入口５３及び排気口５４を有する
一対の側板５５が、また上面及び底面には混合気
通路５６と排気通路５７が設けられ、前記吸入口
５３及び排気口５４にそれぞれ連通している。

このような構成において吸入口５３から流入し
た混合気は、混合空気通路５６を通路する間に一
次空気と均一に混合し、炎口部９から均一に噴出
されて炎口部９上に火炎を形成する。そして燃焼
室３内で生じた燃焼ガスは、内部フイン５１で熱
交換し外部フイン５２で放熱して送風フアン（図
示せず）により温風として室内へ供給する。内部
フイン５１で熱交換した燃焼ガスは、排気通路５
７を経て排気口５４から外部へ排出される。

燃焼装置をこのように構成すれば全一次燃焼を
行うため、燃焼速度が早くなり火炎が短かくなる
ので、燃焼室３を小さくすることができ、しかも
二次空気が不必要となるために燃焼装置の簡素化
と小型化が図れる。しかし反面異常音を伴う振動
燃焼が生じやすく、これを防止するためには燃料
と一次空気との混合領域や空燃比の制御等、燃焼
装置の構成そのものが問題となる。

またLPガスや天燃ガス、都市ガス、石油を気
化した燃料は、発熱量や燃焼速度がそれぞれ異な
るため、振動燃焼を生じる混合領域や燃焼装置の
構成及び形状を燃料の種類によつて設定しなけれ
ばならず、これら汎用化を図るのが非常に困難で
ある。特に給湯器などに用いる場合には、使い勝
手の向上を図るために、季節による水温の変化や
給湯流量の変化に対応した安定燃焼を維持するこ
とが要求される。即ち良好な燃焼状態が維持でき
る最大燃焼量と最小燃焼量との比、即ちTDRを
大きくとることが必要である。しかし全一次燃焼
方式では燃焼速度が早いので、火炎が炎口部９に
密着するため、炎口部９の温度が上昇する。従つ
て燃焼量を絞つていくと混合気の噴出速度が遅く
なり、火炎は更に炎口部９に密着して炎口部９の
温度をますます上昇させる。

一方炎口部９を通過する際に加熱された混合気
は、混合気の温度上昇に比例して燃焼速度が早く
なり、ついには混合気の噴出速度よりも早くなつ
てフラツシユバツクを生じる。

また全一次燃焼方式の燃焼装置は、一次空気量
を理論空気量以下に設定したいわゆるブンゼン燃
焼方式に比べ、燃焼量を増加した場合にブローオ
フをおこしやすい。これは理論空気量の増加とと
もにブローオフを発生する領域が混合気の噴出速
度の遅い領域にまで広がるためである。つまり全
一次燃焼方式はブンゼン燃焼方式に比べ燃焼量の
変化の上限と下限がブローオフとフラツシユバツ
クとで制約されやすいため、安定燃焼範囲が狭く
なり、TDRを大きくすることは極めて困難であ
る。

また他の実施例として第６図に示すようなブン
ゼン燃焼方式の燃焼装置は、、二次空気を火炎中
に強制的に供給し短火炎を形成して燃焼室３を小
さく構成し、燃焼装置の小型化を図つたものであ
る。

この燃焼装置の構成は、左右対称形の一対の成
型体１を接合して形成される空間に混合気通路５
８と、絞り部７の先端から二次空気が噴出する開
口部８を有する二次空気室４及びこの二次空気室
４の両側に設けられた炎口部９とを一体に成型し
たバーナ素子５９が設けられている。このバーナ
素子５９と成型体１との二つの空間に混合室５及
び燃焼室３を形成して燃焼装置が構成されてい
る。

このように構成された燃焼装置で混合気を燃焼
する場合、混合気は混合気通路５８を経て混合室
５内へ流入し、バーナ素子５９と成型体１との隙
間１３を通つて炎口部９に達し、この炎口部９で
図示の如く火炎を形成する。

一方二次空気は、二次空気室４の絞り部７の先
端部に設けられた開口部８から噴出し、火炎内に
強制的に供給される。

このようなブンゼン燃焼式の燃焼装置は、フラ
ツシユバツクとブローオフとで制約される安定燃
焼域が全一次燃焼方式よりも広くとれるため
TDRも拡大し、また振動燃焼領域を狭くするこ
とができる。しかし火炎が長く形成されるため、
燃焼室３の小型化を図るには、二次空気を火炎に
強制的に供給して燃焼速度を早め、短火炎を形成
しなければならず、二次空気の供給方法が最大の
ポイントとなる。とりわけ二次空気の噴出速度が
重要なパラメータであり、燃焼量の変化の下限は
火炎に二次空気が供給できる最低速度、上限は火
炎が吹きとぶ時の噴出速度又はそれ以前に火炎が
過冷却され燃焼反応が凍結してCOなどが多量に
発生して不完全燃焼を生じる速度となる。

また二次空気の噴出速度の２乗に比例してフア
ンの送風圧を高くしなければならず、フアンを含
め燃焼装置の小型化を図るためには、可能な限り
二次空気の噴出速度を遅くして短火炎を形成しな
ければならない。第６図に示すような燃焼装置で
は火炎が直接成型体１に触れるため火炎が過冷却
を受けやすい。燃焼速度の早い燃料は炎口部９に
密着して炎口部９を加熱するが特に燃焼速度の遅
い燃料の燃焼量を小さくした場合に、火炎からの
熱量と成型体１に奪われる熱量とのバランスが崩
れ、火炎が過冷却されて不完全燃焼を生じる。

また炎口部９近傍の成型体１の板厚が薄くて熱
容量が小さく、更に成型体１と炎口部９との接触
面積が小さいため、成型体１への伝熱量が少なく
なり、炎口部９が加熱されて温度上昇しフラツシ
ユバツクをおこしやすくなる。従つてTDRをあ
まり大きくとることができない。

また燃焼量が大きい場合は、炎口部９から噴出
する混合気の流速が早くなり、それに伴つて開口
部８から供給する二次空気の流速も早くしなけれ
ば、成型体１近傍の火炎まで二次空気を供給する
ことができない。

また二次空気室４内を通る二次空気で加熱され
た炎口部９を冷却するため、二次空気の容積が膨
張し送風抵抗を増大する。

即ち燃焼量が大きい場合にはそれに伴つて二次
空気の噴出速度を早くしなければならないこと、
送風抵抗が増大するなどにより送風圧の高いフア
ンが要求されるため、フアンが大型化し燃焼室３
の小型化を図つても燃焼装置全体として小型化が
図れないという欠点があつた。

本発明は両側に二次空気室、中央に混合室を有
した熱伝導良導体で構成された成型体と、成型体
の下流側に設けられた燃焼室と、燃焼室側の混合
室の両側壁部に凸部を設けて形成された複数の炎
口部と炎口部の近傍に設けられ、二次空気室と燃
焼室に連通する多数の二次空気の噴出口を配し、
混合室内には先端部の絞り部に複数の開口部を有
する中央二次空気通路体を設けるとともに、中央
二次空気通路体の絞り部を混合室の両側壁部に設
けられた炎口部で両側より保持しかつ先端部の開
口部を燃焼室内に臨ませて構成することにより、
上記従来の欠点を解消すものである。

以下本発明の一実施例を第１図から第４図にも
とづいて説明する。

なお従来例と同じ部材については同一符号を付
して説明する。

第１図において１は熱伝導良導体で構成された
成型体で、この成型体１の端部に燃焼用空気を供
給するフアン２が設けられている。この成型体１
は第２図、第３図に示すように燃焼室３の上流側
に各々二次空気室４を設けて対称形に構成され、
互いに接合して混合室５が形成されている。なお
この成型体１は一体に構成してもよい。６は混合
室５内に設けられた中央二次空気通路体で、先端
部の絞り部７に複数の開口部８が設けられてい
る。９は成型体１の一部を混合室５側に突出して
肉厚の凸部１０を多数列設してスリツト状に形成
された炎口部である。この炎口部９に中央二次空
気通路体６の絞り部７を挿入して中央二次空気通
路体６を保持するとともに、開口部８が燃焼室３
内に臨んで設けられている。１１は炎口部９近傍
の成型体１に設けられた噴出口で、二次空気室４
と燃焼室３に連通しており、この噴出口１１から
も二次空気が供給される。１２は混合室５の内壁
と中央二次空気通路体６とによつて形成された均
圧室で、混合室５内から燃焼室３内へ流動する混
合気は隙間１３を通り、この均圧室１２で混合気
の圧力が均一化される。１４は混合室５内に燃料
を供給する燃料パイプで、中間に制御弁１５が設
けられ先端に設けられたノズル１６が混合室５内
に臨んでいる。１７は成型体１内に設けられた混
合室５内に一次空気と二次空気室４及び中央二次
空気通路体６内に設けられた通気路１８に二次空
気とに分割して供給するための分割板である。１
９は給水管で、第２図に示すように燃焼室側壁２
０内に一体に設けられた水冷パイプ２１に接続さ
れている。２２は燃焼室３内の下流側に設けられ
た熱交換器、２３は排気口である。

このように構成された燃焼装置において燃料を
燃焼する場合の作用及び効果を説明する。

まずフアン２が動作すると燃焼用空気は分割板
１７によつて混合室５内へ供給される一次空気
と、二次空気室４及び中央二次空気通路体６内の
通気路１８とに供給される二次空気にそれぞれ分
割される。

一方燃料は燃料パイプ１４内を通り制御弁１５
で流量が調節された後、ノズル１６から混合室５
内に噴射される。混合室５内に供給された燃料
は、混合室５内で一次空気と混合され、混合室５
内壁と中央二次空気通路体６との狭い隙間１３を
通つて均圧室１２へ流動し、炎口部９から燃焼室
３内へ噴射されるとともに、点火装置（図示せ
ず）で着火されてこの炎口部９に火炎が形成され
る。

一方二次空気室４内に供給された二次空気は噴
出口１１から火炎に供給され、更に中央二次空気
通路体６内の通気路１８に供給された二次空気は
絞り部７を通り、この絞り部７の先端に設けられ
たスリツト状の開口部８から扇状の噴出分布をも
つて前記火炎に供給される。従つて絞り部７をは
さんで炎口部９上に形成される火炎は、それぞれ
両側より二次空気が強制的に供給されるため、燃
焼反応が促進されて短火炎が形成される。この短
火炎により、燃焼室３内の燃焼ガスは局部的に高
温領域を形成するが、燃焼室側壁２０に設けられ
た水冷パイプ２１で冷却され、燃焼ガスは燃焼室
３の下流側に設けられた熱交換器２２で熱交換を
行つた後、排出口２３から外部へ排出される。

この炎口部９上に形成される火炎へ二次空気室
４に連通した噴出口１１と、中央二次空気通路体
６の絞り部７に設けられた開口部８との両方から
二次空気が供給されるため、二次空気の噴出速度
が遅くても火炎中央部まで二次空気が十分供給れ
るので、短炎化を実現することができる。従つて
二次空気の噴出速度が遅くなれば送風圧も小さく
なり、従つてフアン２の小型化を同時に図ること
ができる。

第４図は燃焼室負荷に対するフアン２の送風圧
の関係を示した特性図であるが、図中から明らか
なように本実施例の送風圧Ａは、従来例の送風圧
Ｂよりも小さくして炎口部９に短火炎を形成する
ことができる。

更に炎口部９に形成された火炎は、燃焼室壁な
どの冷却物に直接接触していないため、燃焼速度
の遅い燃料でも燃焼量を小さくした場合に、火炎
が過冷却されることなく安定した燃焼が行われ
る。

また燃焼速度の早い燃料を燃焼して燃焼量を絞
つた場合でも、火炎は炎口部９に密着して炎口部
９を加熱するが、炎口部９が熱伝導良導体の成型
体１と一体に構成されているため、二次空気室４
から供給される二次空気と、中央二次空気通路体
６内から供給される二次空気とにより効果的に冷
却されるので、フラツシユバツクを防止すること
ができる。従つて燃焼速度の異なる種々の燃料を
用いても安心した燃焼を維持した状態で燃焼量を
大幅に可変させることができるなど、TDRの優
れた燃焼装置となる。

なお本実施例では左右対称形の成型体１を接合
して混合室５を形成したが、成型体１を一体に構
成して混合室５を形成してもよい。

以上の説明から明らかなように本発明によれば
下記の効果が得られる。

(1) 炎口部上に形成される火炎へ二次空気室の噴
出口と、中央二次空気通路体の絞り部に設けら
れた開口部とから二次空気を供給することによ
り、噴出速度の遅い二次空気で短炎化が図れる
ので、燃焼室及びフアンの小型化を同時に行う
ことができ、燃焼装置全体の小型化を実現する
ことができる。

(2) 炎口部に形成される火炎は、燃焼室壁などの
冷却部に接触しないため、火炎の過冷却が防止
されるとともに、二次空気室と炎口部とを熱伝
導良導体の成型体で一体に構成し、かつ炎口部
に中央二次空気通路体を保持したことにより、
炎口部が加熱されても二次空気室の噴出口から
と、中央二次空気通路体の絞り部に設けられた
開口部とから供給される二次空気で炎口部を冷
却するので、フラツシユバツクを生じることも
なくなる。従つて燃焼速度の異なる燃料に対し
ても安定した燃焼を維持した状態で最大燃焼量
と最小燃焼量との比（TDR）が大きくとれ、
しかもTDRの範囲内で任意に燃焼量を可変る
ことができる汎用性のある燃焼装置として提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す燃焼装置の正
断面図、第２図は同第１図の成型体の要部を示す
側断面図、第３図は同第１図の成型体の要部を示
す斜視図、第４図は燃焼室負荷に対して燃焼用空
気を供給するフアンの送風圧の比較特性図、第５
図は従来例を示す燃焼装置の分解斜視図、第６図
は他の従来例を示す燃焼装置の要部を示す側断面
図である。 １……成型体、２……フアン、３……燃焼室、
４……二次空気室、５……混合室、６……中央二
次空気通路体、７……絞り部、８……開口部、９
……炎口部、１１……噴出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 両側に二次空気室、中央に混合室を有した熱
   伝導良導体で構成された成型体と、前記成型体の
   下流側に設けられた燃焼室と、前記燃焼室側の前
   記混合室の両側壁部に凸部を設けて形成された複
   数の炎口部と、前記炎口部の近傍に設けられ、前
   記二次空気室と前記燃焼室に連通する多数の二次
   空気の噴出口を配し、前記混合室内には先端部の
   絞り部に複数の開口部を有する中央二次空気通路
   体を設けるとともに前記中央二次空気通路体の前
   記絞り部を前記混合室の両側壁部に設けられた炎
   口部で両側より保持しかつ先端部の前記開口部を
   前記燃焼室内に臨ませた燃焼装置。